Исследование рупорных антенн, страница 5

где  L_E – размер раскрыва в плоскости Е,

       L_H – размер раскрыва в плоскости Н.

На рис.6 и на рис.7 изображены семейства кривых, показывающих зависимость КНД Н и Е-секториальных рупоров от их размеров. Из рисунков видно, что с увеличением раскрыва при неизменной длине рупора КНД сначала возрастает, достигая максимума, а затем уменьшается. При этом величина максимума увеличивается с ростом длины рупора R. Под длиной рупора R подразумевается расстояние по нормали от плоскости ракрыва до горловины рупора (рис.8).

Объясняется это следующим образом. КНД пропорционален площади поверхности раскрыва S и коэффициенту ее использования n (14). При увеличении S КНД увеличивается. Одновременно при увеличении S (т.е. при увеличении угла раскрыва) возрастают фазовые искажения , которые ведут к уменьшению коэффициента использования поверхности n. Максимуму КНД соответствуют оптимальные условия (10, 11).

Произведение Sn называется эффективной площадью антенны, т.е.

                                  ,                                                    (16)

    Отсюда                                                                                (17)

Понятие эффективной площади имеет общий характер и может быть распространено на антенны любых типов (одиночные вибраторы,антенные решетки, поверхностные антенны). Исходя из общих позиций эффективную площадь антенны можно определить как некоторую воображаемую часть фронта плоской электромагнитной волны, через которую проходит вся мощность, извлекаемая приемной антенной из окружающего пространства. Это понятие справедливо и для передающей антенны, так как и приемная и передающая антенны имеют идентичные электрические характеристики. Особенно удобно этот параметр вводить  в случае поверхностных антенн (излучающих поверхностей). В этом случае эффективную площадь антенны можно  определить как площадь эквивалентной по излучаемой мощности антенны, у которой амплитуда и фаза поля по раскрыву постоянные. Отсюда непосредственно вытекает, что эффективная площадь раскрыва у реальных антенн меньше геометрической площади, а коэффициент использования поверхности n всегда меньше единицы.

Коэффициент усиления рупорной антенны связан с коэффициентом направленного действия соотношением

                                G_A = D h                                                                   (18)

где  D – коэффициент направленного действия;

       G_A – коэффициент усиления;

       h - коэффициент полезного действия рупора.

Практически на СВЧ h » 1 и G_А = D.

1.4  Измерение коэффициента усиления антенны

методом сравнения (замещения)

Метод сравнения чаще всего применяется при лабораторных измерениях антенн.

Коэффициент усиления антенны определяется как отношение мощностей, подводимых к эталонной Рэ и исследуемой антенне Рх, умноженное на коэффициент усиления эталонной антенны, при условии, что обе антенны в точке приема создают одинаковую напряженность поля .

                                                                                             (19)

В качестве эталонной антенны в лабораторной работе используется пирамидальный рупор .

Процесс измерений выполняется следующим образом. Вначале в режиме передачи устанавливается эталонный рупор и с помощью аттенюатора, включенного последовательно с рупором, подбирается уровень сигнала на индикаторе приемника, удобный для измерений. Затем вместо эталонного рупора устанавливается исследуемый рупор и аттенюатором восстанавливается прежний уровень на индикаторе приемника. Коэффициентом усиления рупора будет величина, равная отношению показаний по шкале аттенюатора (в разах) DU, умноженная на коэффициент усиления эталонной антенны. В децибелах формула для коэффициента исследуемого рупора имеет вид: